Quanto in profondità dovremmo scaricare le batterie al litio per massimizzare la loro durata?

Di recente ho pubblicato una risposta che menziona le classiche "batterie al litio come scariche parziali, quindi progetta il tuo sistema per una profondità di scarica limitata". Ma poi mi chiedevo: con scariche parziali, aumenta anche il numero di cicli di carica / scarica per la stessa energia erogata, quindi il guadagno nella durata dei cicli disponibili diminuirà. Ad esempio, la batteria di un cellulare scarica al 50% al mattino, ricaricata, scarica al 50% nel pomeriggio e ricaricata durante la notte richiede il doppio dei cicli rispetto a un cellulare scarica al 100% e ricaricata una volta al giorno per durare a lungo. Ho pensato che sarebbe interessante esaminarlo.

Sono andato avanti e, come al solito, invio i miei risultati per l'approvazione di qualsiasi utente SE e accolgo con favore chiunque lo aggiunga.

Devo sottolineare che questo riguarda solo le batterie usate regolarmente, non quelle che si trovano su uno scaffale per periodi superiori a qualche giorno. Anche così, tendono ad invecchiare indipendentemente sui cicli, ma non ho dati su questo - forse gli esperti potrebbero far luce su questo.

La mia rapida occhiata:

La durata delle batterie al litio diminuisce con la profondità di scarica, simile alla seguente (questa curva è per le batterie al piombo acido, ma il litio è indicato come seguendo una curva simile):

( fonte )

I risultati con questo esempio particolare:

Conclusione, sostiene ancora che la profondità di scarico dovrebbe essere minimizzata il più possibile.

Sono d'accordo che ottieni un guadagno in tutta la sua capacità di vita con DOD decrescente - dalla memoria le cifre che ho visto suggeriscono un guadagno maggiore con DOD decrescente nell'intervallo DOD 10% -80% - ma non garantirò i miei ricordi per essere corretti.

Tuttavia, ci sono molti altri fattori che possono essere più importanti e / o utili.
Se si è in grado di tollerare scariche di capacità ridotta e / o ricariche multiple al giorno, è possibile ottenere guadagni migliori limitando il limite superiore della carica.
Le celle LiIon vengono solitamente caricate in modalità CC / CV con CC di solito a velocità C / 1 e con Vmax (in genere 4,2 V / cella) raggiunto a circa il 70% -80% della capacità totale, con il saldo immesso in modalità CV a ridurre la corrente (impostata dalla chimica della batteria). La terminazione della carica si verifica in alcuni Imax xk selezionati con (0,05 <= k <1)
K = 1 corrisponde al termine della carica alla transizione CC / CV. È ben noto che valori più piccoli di k forniscono capacità energetiche totali leggermente aumentate ma hanno ridotto in modo sproporzionato il ciclo di vita. k è abbastanza spesso impostato su 0,25 o anche 0,5, la carica aggressiva può impostare k su 0,1 o addirittura 0,05.
Le tue curve suggeriscono che anche a un DOD solitamente inaccettabilmente basso del 10% dell'energia totale a vita immagazzinata in meno del 50% in più rispetto al 100% DOD. Al momento non ho tempo per individuare i riferimenti, ma sono (essenzialmente :-)) sicuro che guadagni migliori del 50% si ottengono usando k = 1 (nessun ciclo CV) e questo ha il vantaggio di una ricarica molto veloce ( meno di 1 ora) (ad es. 48 minuti a C / 1 da completamente vuoto se la transizione CC / CV si è verificata al livello di energia dell'80%). Anche lo scarico al 100% DID è "non utile" ed è utile anche impostare un DOD minimo con questo tipo di schema. Qualcosa come il 20% al 30% della capacità rimanente e l'80% della capacità massima restituisce ancora dal 50% al 60% della capacità complessiva, lascia un buffer di emergenza dal 20% al 30% quando necessario ed è suscettibile di essere superiore al semplice controllo DOD di fascia bassa.

Un altro aspetto che fornisce una maggiore durata del ciclo e un aumento dell'intero accumulo di energia vitale è l'impostazione di Vmax su un valore inferiore rispetto al solito 4,3 V / cella a 25 ° C. I risultati pubblicati suggeriscono che anche una diminuzione di 0,05 V (a 4,15 V) offre utili guadagni, 4,1 V in più e 4,0 V in più. Questi livelli ridotti sono accompagnati da significative riduzioni della capacità immagazzinata per ciclo.

Questa utile pagina della Battery University illustra vari metodi di estensione della vita di LiIon.
La tabella 4 suggerisce un aumento di 4 volte della durata del ciclo diminuendo Vmax a 4,0 V da 4,2 V con una riduzione del solo 20% della capacità energetica per ciclo - un guadagno o 3+ x la capacità normale.

Le tabelle seguenti sono copiate dalla pagina sopra.

Utilizzando una combinazione di riduzione Vmax, restrizione DOD max e riduzione al minimo della riduzione corrente in modalità CV, è probabile che produca incrementi di capacità vitale molto importanti. Per ogni data riduzione accettabile della capacità si potrebbe stabilire un mix ottimale. Sembra un dottorato di ricerca :-).

Vedi anche:

BU - Batterie a base di litio: perché sono migliori

BU - LiIon di ricarica

Meglio ancora: usa LiFePO4 / LifeYPO4 :-)

Un problema con questo tipo di analisi è la questione di cosa costituisca una batteria "scarica". La maggior parte degli usi comporterà una perdita massima ammissibile di capacità che varia a seconda dell'uso. I veicoli elettrici generalmente dipendono molto dalla gamma, quindi è accettabile una perdita di capacità molto ridotta. L'archiviazione domestica continuerà a fornire risparmi significativi anche se si verifica una grande perdita di capacità ed è per questo che si suggerisce che le batterie EV possano essere riutilizzate come unità di archiviazione domestiche dopo essere state rimosse da un veicolo.